基于BIM的绿色装配式建筑施工研究

陶晓星（南京地铁集团有限公司，江苏 南京 210000）

长期以来，建筑行业总耗能居高不下，但随着绿色低碳协调发展理念的不断深入人心，传统现浇建筑模式材料浪费、高耗能、影响建筑周边环境等问题逐渐被行业各方重视起来。预制装配式建筑与传统现浇建筑模式相比，具有节约物料、绿色环保、提升效率等明显应用优势[1-2]，可有效促进建筑行业降耗减排、绿色建筑的总体目标的实现，预制装配式建筑施工技术正逐渐发展为各建筑企业的首要选择。近年来，建筑信息模型（BIM）在建筑行业的推广应用范围不断提升，其参数化、可视化、协同化的显著优势得到了建筑施工单位的广泛认可[3-4]。

本文结合某建筑住宅项目施工实践，系统介绍了BIM技术在绿色装配式建筑施工中的应用过程和应用成效，并就预制装配式建筑施工管理过程的控制要点进行了简要论述。

1 BIM与装配式建筑施工融合概述

1.1 BIM技术

BIM（Building Information Modeling）技术，即建筑信息模型[5]。BIM技术通过在平台输入相关建筑参数，在软件虚拟平台建立起3D可视化的建筑模型，同时，可在3D模型基础上添加时间、材料、人力物力等内容，构建BIM 4D、BIM 5D等模型，各参建方均可在模型中实时筛选和调取有关数据信息，可实现建筑施工全过程数据共享和管理协同，各BIM模型与可实现功能详见表1。

表1 BIM模型与可实现功能

1.2 BIM与装配式建筑施工融合应用分析

与传统现浇模式相比，装配式建筑具有特殊的预制构件的设计，以及预制构件的工厂加工、运输、吊装等环节，建筑协调沟通环节增多，与此同时，一些高层预制装配式建筑需要传统现浇与装配式建筑模式相结合，施工整体难度较大。基于BIM 技术辅助装配式建筑施工全过程，利用BIM 技术及其他辅助软件的建筑参数集成、可视化施工模拟以及施工管理协同等优势[6]，对装配式建筑的施工管理过程进行预先模拟、提前研判和优化控制，对装配式建筑施工实现降本提质增效、减少安全事故和后期使用故障有明显效果。

2 预制装配式建筑工程案例

2.1 项目概况

某建筑住宅工程案例，由6栋10层住宅和3栋18层住宅构成，均为装配式住宅，总占地面积13.43 万m2，其中，地上建筑面积8.36万m2。以8#住宅楼为例，地上18层，地下1层，主体结构为装配整体式框架-现浇剪力墙结构。该项目1～5层采用现浇剪力墙，6～18层采用预制装配式混凝土墙板，整体装配率为54%，预制构件包括保温内外墙板、预制阳台、预制楼梯、空调板等。为提升建设质量和效率，降低施工成本，该装配式住宅项目采用了BIM技术以及其他辅助软件配合施工管理全过程。8#住宅楼BIM模型效果如图1所示。

图1 8#住宅楼BIM模型效果图

2.2 基于BIM的施工组织团队构建

为保证该项目的顺利开展，开工前项目部明确了预制装配式建筑BIM 技术应用团队的组织架构，包括施工项目部成员、BIM 技术方、预制构件生产厂家等。基于BIM的施工组织团队架构及分工见表2。

表2 基于BIM的施工组织团队分工

3 装配式建筑施工技术控制

3.1 预制剪力墙吊装

首先在楼板位置放出预制墙体控制线，然后利用专门的钢筋定位卡具，对预留钢筋的定位、垂直度进行准确控制，用水准仪复核标高并及时调整钢垫片厚度。完成墙板定位后，进行座浆料搅拌，测量高度并铺设座浆料。待座浆料铺设均匀后，进行墙板的安装。剪力墙吊至距楼面1m 时，人工手扶缓慢下降，以诱导钢筋辅助对孔，准确对孔后，手扶墙体缓慢落地就位；待预制墙体就位后，以七字码调节墙体，实现精准平面定位，安装斜支撑，确保墙体垂直度调整到位。上述步骤完成后，摘除吊具，继续按照顺序安装其他墙板。剪力墙吊装完成后，对套筒逐一灌浆前，先均匀搅拌灌浆料并进行流动性检测，达到标准后，将专用注浆机插入预制墙下部注浆孔注浆，待浆料呈柱状从上部出浆孔流出时，用橡胶塞封堵，抽出注浆枪封堵下部注浆孔，其他墙体重复该流程，逐一完成注浆；灌浆完成后进行浆料清理，如图2所示。

图2 预制剪力墙吊装及钢筋对孔

3.2 现浇部分钢筋绑扎及支模

墙体装配过程中，穿插现浇部分核心筒部位的钢筋绑扎及铝模安装[6]。

3.3 叠合梁、叠合板安装

墙体安装的同时，对叠合梁、叠合楼板的独立支撑进行定位放线，并安装支撑及木工字梁，待灌浆料达到设计强度后，依次吊装叠合梁至指定位置；叠合梁安装完成后吊装叠合楼板，并同时穿插梁面和板面钢筋绑扎以及水电管线的预留预埋。

3.4 预制阳台安装

安装阳台板支撑，然后采用专用吊具起吊阳台，调整预制阳台构件起吊姿态，在起吊至距离安装位置上方30cm～50cm时，安装人员分辨钢筋位置关系、边线以及控制线位置，人工辅助预制阳台缓慢下落，施工现场人员对阳台进行调整就位安装；重复吊装过程，待标准层预制阳台统一吊装就位后，施工人员对阳台板上部钢筋进行统一绑扎；上述工序全部完成后，对钢筋绑扎及铝模安装进行验收，待合格后统一浇筑混凝土。

3.5 预制楼梯安装

通过定位放线，标高调整，吊装就位以及灌浆封堵等一系列工序，完成预制楼梯的吊装。

4 基于BIM的装配式建筑施工管理控制

4.1 基于BIM的施工场地优化布置

正式施工前，BIM技术人员和项目部技术人员结合施工平面图和现场的实际情况，通过Fuzor和Revit软件进行了场地环境模拟，对施工场地设备安装摆放、塔吊吊距、施工车辆、道路布置等场地因素进行了优化布置。通过前期施工场地模拟和冲突研判分析发现，某区域施工道路与建材堆放区域存在视野盲区，施工车辆经过时存在安全隐患，现场管理人员对建材摆放区域进行了重新调整规划，消除了车辆安全隐患；另外模拟发现塔吊吊距不合理，又对塔吊的安装位置进行了位置优化，降低了正式施工时发生安全事故的概率。

4.2 基于BIM的施工进度过程控制

由于本建筑工程项目既有传统现浇施工模式，又有预制装配式建筑施工，涉及施工过程环节复杂，因此，基于BIM 技术进行施工辅助管理尤为必要。项目组BIM 工程师利用Revit 构建起建筑3D 模型，同时，在3D 建筑模型的基础上增添时间因素，即施工进度控制计划，生成BIM 4D 建筑信息模型，利用BIM 协同化的特性，相关施工管理人员、BIM技术人员、施工管理人员等各方可在平台上实现对建筑模型和数据的实时共享协作：①可视化施工过程模拟。项目组技术人员和BIM工程师通过Revit、Lumion、Navisworks 软件对预制装配式建筑施工剪力墙吊装、钢筋绑扎支模、阳台吊装等施工环节进行模拟，一方面增强了项目组技术人员对预制装配式建筑施工过程的宏观理解，另一方面可在施工前进行提前研判，根据装配式建筑重点施工环节模拟过程，提早发现了设计缺陷、施工风险以及施工重点难点问题，项目组施工管理人员对发现的问题在施工进度控制计划中进行了重点标注，并制定了预防和处理措施，有效保障了施工的顺利进行，预制装配式建筑部分施工环节模拟如图3所示；②在装配式建筑的施工过程中，技术人员将实际施工执行进度与BIM 模拟施工进行对照分析，发现该栋楼叠合梁、板吊装施工节点进度滞后，项目组及时分析了进度滞后原因，并采取了赶工、增加人力、机械等补救措施，避免了工期延误。

图3 现浇部分核心筒部位钢筋绑扎和支模、预制阳台吊装Fuzor施工模拟

4.3 基于BIM的施工质量过程控制

本项目装配式建筑施工中，基于BIM的质量控制，依照施工阶段分为了施工前的BIM 技术控制、施工过程中的BIM技术控制、施工完成后的BIM质量控制3个阶段：①正式施工阶段开始前，项目技术人员和BIM团队对施工全过程关键工艺、环节反复模拟，寻找设计漏洞，并进行了及时纠偏处理。项目技术人员基于Navisworks对装配式建筑的管线排布、预制构件和设备位置等进行了碰撞检测（如图4所示），检测结果显示管线与预制墙、梁冲突152 处、预制构件与现浇部位冲突74处、施工设备作业冲突4 处，项目部将这些碰撞检测结果及时反馈给了设计部门，设计部门对设计方案和图纸进行了优化设计后，根据变更结果，对模型进行了调整，并将调整后的预制构件需求变更结果反馈给了项目部与构件加工方，避免了因返工造成质量和成本问题；②施工过程中，基于BIM技术和建筑外接监控和传感设备，对装配式建筑施工过程中质量控制点定位、状态实时记录和反馈，实现了质量控制点数据的动态更新和收集分析，项目管理人员及时发现和处理施工过程中的质量问题，提高了质量检查的效率和准确性；③施工完成后，基于BIM 平台的数据集成和信息储存功能，将施工全过程的问题和处理过程以数据的形式进行储存，建立起装配式建筑施工质量控制数据库，形成项目管理组织过程资产，为企业后续类似建筑工程的施工质量管理过程提供了参照，积累了宝贵经验。

图4 Navisworks碰撞检测

4.4 基于BIM的施工成本和资源控制

基于BIM技术进行预制装配式建筑成本和资源管理，可从建模和数据准备、进度计划、BIM应用、数据分析和BIM 4D这五个阶段着手：①根据图纸建立商务算量模型，实现建筑工程工程量计算、归纳设计图纸问题，协助图纸会审；②进度计划和资源配置计划的编制，进度计划分级编制，满足合同和项目建设里程碑节点的要求，同步资源配置，基于项目总控制进度计划和计算所得的总资源体量进行项目资源管理；③基于BIM技术，对商务算量模型进行深度优化设计，比如脚手架、铝模、模板设计，并导出材料表，制定材料流水方案；④对需要进行现场协调的如钢筋工、架子工等人工资源和钢筋、钢管等材料进行资源挂接，把初始计划作为参照对象，做好实际施工进度的记录，以前锋线对施工进度情况进行展示，并以此为依据进行资源配置；⑤利用BIM 建筑模型和进度计划，将施工过程可视化展现，4D 演示能使管理者对建筑工程全过程资源曲线有清晰的认识，明确资源投入峰值、劳务撤场和索赔发生的时间节点，协助企业和工程管理者高质量开展资源管理工作。

5 结语

随着我国建筑行业信息化、低碳化的不断推进，预制装配式建筑在建筑工程实践中的应用占比将越来越高。基于BIM技术的同时，结合其他信息化、数字化技术手段，优化施工管理和资源配置，可有效减少建筑中的材料资源浪费，助力行业节能减排。与此同时，基于BIM 技术的可视化施工过程可显著提升装配式建筑施工的效率和质量。本文以某装配式建筑住宅融合BIM技术进行施工控制为案例，分析了BIM 在装配式建筑施工中的应用方式和可实现的效果，该项目建设实践结果显示，BIM 技术对装配式建筑施工提质增效、降低成本具有显著效果。在未来，BIM技术与装配式建筑融合发展将进一步促进建筑行业整体向数字化、智能化、绿色发展方向不断走深、走实。